X線CTにおけるファントム中の
エネルギー変化についての検討
名古屋大学大学院医学系研究科 笹田 裕也
名古屋大学保健学科 小山 修司
背景1

多列化により、体軸方向のビーム幅が広がっている
⇒CTの管理によく用いられる体軸方向の検出長が100mm
のCT用電離箱では、検出長が十分でない
体軸方向
⇒比較的エネルギー依存の大きな、TLD・半導体検出器
などのポイント型のもので測定するべき
背景2
Filter

被写体
X線CT装置は、BeamShaping(bow-tie)Filterの
影響により、回転中心以
外でのポイントでは、X線
の線質が変化してしまう。
目的


ファントム中各点におけるエネルギースペクトルを、
EGS4のKEKによる低エネルギー拡張版であるLSCAT
(Low-Energy Photon-Scattering Expansion for the
EGS4 Code)を用いて分析し、エネルギー依存性の比
較的大きな検出器(半導体検出器、TLD素子:Mg2SiO4
とCaSO4)の正確な補正について検討する。
※検討対象となる半導体検出器※1は名古屋大学
青山先生の自作のものを対象とし、TLD素子について
は産業技術総合研究所におけるデータを対象とした
※1:Medical Physics July2002 Volume29,Number7
シミュレーションの設定条件1
ジオメトリ
◎円筒形(直径32cm)、JIS胸腹部用ファントム
材質は円筒形⇒水およびPMMA
JISファントム⇒PMMA
◎検出器:直径1cm、厚み0.4cmの円筒形
◎線源-回転中心間距離:60cm
◎線源
点線源を必要な照射野(ビーム幅10mm、ファ
ン角38度)に制限して使用

シミュレーションの設定条件2
◎ PCUTは1keV、ECUTは512keVとした
◎ データ収集は線源を10度ごと回転させ、その
都度サンプリングを行った
◎ FSDは線束中心において1%以下の光子数を
設定・・・109個
◎オプションスイッチ(相互作用)
IRAYL、INCOH、IPROF、IMPAC、IEDFL、IPHTE
◎計算コード
EGS4(低エネルギー拡張版) LSCATを使用した
円筒ファントム形
線源-回転中心間距離は60cm
6点
表面より1cm下
表面より1cm下
32cm
・・検出器(円筒形)
直径1cm×0.4cm
Z軸
中心
中心
材質にはPMMA
および水とした
Y軸
40cm
検出器はZ軸方向に線束の中心から1, 5, 9, 13, 17cmの点に配置
JIS胸・腹部用ファントム形
線源-回転中心間距離は60cm
表面より1cm下
表面より5cm下
X軸
Y軸
30cm
20cm
中心
6点
40cm
Z軸方向
検出器はZ軸方向に線束の中心から1, 5, 9, 13, 17cmの点に配置
線源1
管球
Filter
X線CT装置には体厚の補正のため
に左図のような、Beam-Shaping(bowtie)Filterを装備している。これによりビ
ームが透過するFilterの位置(厚み)に
よってエネルギーが変化してしまう。
(→と→)
被写体
しかし、このFilterの形状は基本的に社外秘かつ、
複雑な形状である
⇒そこで、次のような方法(三つのスペクトルを作成)
により、シミュレーションを行った。
線源2
Aのスペクトルは線束中心よりX軸上で±5cm
Bのスペクトルは線束中心よりX軸上で
+5~+10cm, -5~-10cm
Cのスペクトルは線束中心よりX軸上で
+10~+約20.6cm,-10~-約20.6cm※
C B A B C
Y軸
10cm
X軸
※ 線源-回転中心距離60cmでファン角:38度とした
時に60×tan(38×0.5×π÷180)より与えられる数
ビーム幅は10mmに設定
0.04
スペクトルA:Emax120keV・Eeff 52.5keV
スペクトルB:Emax120keV・Eeff 58.8keV
スペクトルC:Emax120keV・Eeff 74.3keV
0.035
0.03
0.025
光
子 0.02
数 0.015
比
0.01
0.005
0
0
20
40
60
80
エネルギー(keV)
100
120
入射スペクトルの比較
作成したスペクトルは東芝TCT300の実測の実効エネルギーに基づき、
Birchの式※より作成した。
140
円筒形ファントムの分析結果
(エネルギー)
keV)
実
効
エ
ネ
ル
ギ
ー
(
60
50
40
30
20
10
0
線束中心の実効エネルギー52.5keV
PMMA(1cm)
WATER(1cm)
PMMA(C)
WATER(C)
0cm
1cm
5cm
9cm
13cm
17cm
線束中心よりZ方向への距離
結果の取り扱い


得られた実効エネルギーより、各検出器に対
する補正値(感度)を読み取る
入射X線の実効エネルギー(52.5keV)での補
正値(N52.5)を基準として、その値と各ポイント
の補正値(Np)との比較を行う
(N52.5-Np)÷ (Np)×100
補正値の比較として算出される値(%)
素子(CaSO4)における
補正値の比較(%):円筒形
線 20
束 15
中
心 10
5
で
の
0
補
正 -5
値 -10
と -15
の
比 -20
較
(
%
)
PMMA(1cm)
WATER(1cm)
PMMA(C)
WATER(C)
0cm
1cm
5cm
9cm
13cm
線束中心よりZ方向への距離
17cm
素子(Mg2SiO4)における
補正値の比較(%):円筒形
線
束
中
心
で
の
補
正
値
と
の
比
較
(
%
)
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
PMMA(1cm)
WATER(1cm)
PMMA(C)
WATER(C)
0cm
1cm
5cm
9cm
13cm
17cm
線束中心よりZ方向への距離
半導体検出器における
補正値の比較(%):円筒形
線
束
中
心
で
の
補
正
値
と
の
比
較
(
%
)
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
0cm
1cm
5cm
9cm
13cm 17cm
線束中心よりZ方向への距離
PMMA(1cm)
WATER(1cm)
PMMA(C)
WATER(C)
JISファントムの分析結果
(実効エネルギーの結果)
60.0
keV)
実
効
エ
ネ
ル
ギ
ー
(
線束中心の実効エネルギー52.5keV
50.0
40.0
Y=1
Y=5
C
X=1
30.0
20.0
10.0
0.0
0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm
線束中心よりZ方向への距離
素子(Mg2SiO4)における
補正値の比較(%):JISファントム
線
束
中
心
で
の
補
正
値
と
の
比
較
(
%
)
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
Y=1
Y=5
C
X=1
0cm 1cm 5cm 9cm 13cm 17cm
線束中心よりZ方向への距離
素子(CaSO4)における
補正値の比較(%) :JISファントム
線 20
束
中 15
心 10
で
5
の
0
補
正 -5
値
と -10
の -15
比
較 -20
(
%
)
Y=1
Y=5
C
X=1
0cm
1cm 5cm 9cm 13cm 17cm
線束中心よりZ方向への距離
半導体検出器における
補正値の比較(%) :JISファントム
線 20
束
中 15
心
で 10
の 5
補
正 0
値
と -5
の
比 -10
較 -15
(
% -20
)
0cm
1cm
5cm
9cm
13cm
線束中心よりZ方向への距離(cm)
17cm
Y=1
Y=5
C
X=1
結果のまとめ


TLD素子(Mg2SiO4・CaSO4)の補正値には回
転中心部の入射X線エネルギーによる補正値
を用いることで位置によって(特にZ方向に離
れた点)は10%以上の差異が生じる可能性が
ある
半導体検出器については、5%程度の差異が
生じる可能性がある
考察1

TLD素子の補正値に10%以上の差異が生じる
可能性がある
→今回のエネルギー分析の結果より、人体型のファントム
などZ軸方向に長さのあるものに、TLDなどを配置して
測定を行う場合、スキャン範囲から外れた点では、回転
中心での入射X線のエネルギーによる補正値を用いた
吸収線量では、過小評価となる可能性があり、素子に
よっては注意が必要であると考えられる。ただし、実際
のCT検査のように、スキャン範囲を大きくとれば、多少
影響は小さくなると考えられる
考察2

半導体検出器の補正値については、円筒型
および、JIS胸腹部ファントムにおいて、軸方向
に離れた点で約5%程度の差異の生じる可能
性がある
→今回のシミュレーションの結果より、軸方向に
離れた点において、線量は非常に小さくその
中で、実際の測定において生じる誤差と比べ
大きな影響を与えるものではないと考えられる
今後の検討項目


今回のように、1回転におけるエネルギー
変化だけでなく、人体型ファントムを想定し、
適切なスキャン範囲(回転数)でのシミュレ
ーションをして、エネルギーを解析する必要
がある
この時に、線量も含めて補正係数がどのよ
うに影響するのかを検討する必要がある
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